2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K06796
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
櫻田 修 岐阜大学, 工学部, 教授 (10235228)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 道之 岐阜大学, 工学部, 助教 (70431989)
尾畑 成造 岐阜県セラミックス研究所, 研究開発部, 専門研究員 (80733667)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 炭化ケイ素 / ３D造形 / UV硬化樹脂 / 分散 / 濃厚化 / レオロジー / 流動性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
構造用セラミックスは焼成用窯道具のほかセラミックスバーナーやメカニカルシールなどに用いられ、強度に加えて要求される形状・サイズに対応しなければならない。しかし、セラミックスは焼成による収縮に加え、成形時に変形することからニアネット成形が困難であった。そのため、製品に合わせた複雑な窯道具の作製をしなければならないというニーズに対応できていない。近年、立体造形に関する技術が進歩し、樹脂による立体物などの作製が実用化されている。一方、炭化ケイ素は、焼結助剤として炭素、炭化ホウ素などの添加が必要不可欠である。
耐火材では、アルミナファイバーやカーボンファイバーなどといった断熱効果に優れる断熱材への変更が検討され、窯道具については緻密化・薄肉化が検討されている。しかし、窯道具の形状は焼成物の形状やサイズに依存するために、製品に合わせた複雑な窯道具の作製をしなければならないというニーズに対応できていない。近年3D 造形技術が脚光を浴びるようになり、この技術を用いて立体成形できれば、(a)小ロットでのセラミックス製品は直接成形による製品化、(b)ある程度ロットが大きいものであれば立体造形物を製品の原型モデルとして使用できると考えられる。本研究ではインクジェット方式の立体造形法をその候補と位置づけ、インクジェットヘッドから吐出された紫外線硬化樹脂を含有したスラリーを紫外線照射によって硬化することによって型を用いずに成形体を得ることを検討する。本年度はUV硬化樹脂に炭化ケイ素を流動性を保持したまま分散させ、濃厚化した泥漿の調製、ならびにUV硬化条件について検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成29年度は、昨年度に引き続き構造セラミックスの一つである炭化ケイ素をインクジェット方式で立体造形を達成するために炭化ケイ素と焼結助剤を混合した紫外線硬化樹脂スラリーの調製方法を検討して、その紫外線照射固化挙動の検討を行った。
下記に示す研究要素を評価し、各要素とレオロジーの相関を調べ、紫外線硬化樹脂を用いて20 vol%以上の焼結助剤を含む炭化ケイ素スラリーの調製法を検討した。
インクジェット噴霧用焼結助剤を含む炭化ケイ素混合スラリーの調製（岐阜大・櫻田、大学院博士前期課程学生）：これまで我々が行ってきた炭化ケイ素の鋳込み成形法で確立したスラリー調製技術をもとに、分散媒となる非水系紫外線硬化樹脂の溶媒に種々の分散剤の添加を検討した結果、インクジェット噴霧に適した炭化ケイ素、焼結助剤から成る34 vol%という高い固体濃度でほとんど降伏応力を示さないニュートン流動に近い混合スラリーを調製することができた。さらに、スラリー粘度・炭化ケイ素粒子の表面電荷・粉体濃度の最適化（岐阜大・櫻田、吉田、大学院博士前期課程の学生、岐阜県セラミックス研究所・尾畑）により、紫外線硬化樹脂中に分散安定化した炭化ケイ素をうまく紫外線照射固化することができた。
その成果の一部について、粉体工学会誌, Vol. 54, 576 (2017)に掲載されたほか、平成30年3月に開催された「The 6th International Symposium on Advanced Ceramics (ISAC-6)（東北大学）」で発表を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
3D プリント成形条件の確立： 成形密度の目標を達成させるため、モデル成形条件について検討を行い、スラリー調製にフィードバックする。
① スラリー濃度の検討（岐阜県セラミックス研究所・尾畑）：成形密度を向上するにはスラリー濃度を高くする必要がある。スラリー濃度と粘度を考慮して、積層量の関係を評価し、スラリー調製にフィードバックする。
② 固化条件の検討（岐阜大学・櫻田、吉田、大学院博士前期課程学生）：紫外線硬化樹脂の調合として、モノマー、重合開始剤の選定・最適添加量の抽出に加えて、粘度調整及び固化を促進させるためのダイマーやオリゴマーの添加を検討する。これらの割合を検討し、固化速度、成形時の歪みなどを評価、検討して成形密度の向上を目指す。
焼結助剤を含むインクジェット噴霧用炭化ケイ素複合粒子の作製（岐阜大・櫻田、吉田、大学院博士前期課程学生）： 適した焼結助剤を含む炭化ケイ素複合粒子を次のような方法で作製する方法を検討する。一つは粒子同士の表面電荷をスラリーのpH、界面活性剤を添加して制御したヘテロ凝集法を用いた炭化ケイ素粒子の表面に焼結助剤となる粒子をコーティングする方法。もう一つはバインダーなどを用いて炭化ケイ素の表面に焼結助剤をコーティングした複合粒子の調製法についても検討を続ける。
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